Perancangan Bilah Turbin Angin Skala Mikro Tsd-500 Jenis Taper Bermaterialkan Serat Sisal-Epoksi Di Lentera Bumi Nusantara Dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga

Nasution, Mohammad Tareqh Al-Faqih (2022) Perancangan Bilah Turbin Angin Skala Mikro Tsd-500 Jenis Taper Bermaterialkan Serat Sisal-Epoksi Di Lentera Bumi Nusantara Dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111840000112-Undergraduate Thesis.pdf Download (5MB)

Abstract

Energi Baru Terbarukan (EBT) merupakan salah satu energi alternatif yang sudah banyak digunakan di berbagai belahan dunia. Salah satu contoh EBT adalah energi angin. Pemanfaatan energi angin di Indonesia masih dapat dikatakan sangat kurang dan belum maksimal. Hal ini dibuktikan dengan Indonesia yang memiliki potensi pemanfaatan energi angin dengan total daya 9290 MW, namun hingga tahun 2020 Indonesia hanya mampu memanfaatkan potensi energi angin dengan total daya sebesar 135 MW atau hanya sebesar 1%. Turbin angin merupakan salah satu solusi dalam menjawab permasalahan diatas. Dalam perancangan bilah turbin angin tentu diperlukan beberapa aspek utama, yaitu efisiensi dan kekuatan struktural material. Dalam penelitian ini dilakukan perancangan geometri bilah turbin angin skala mikro dengan jenis taper. Lalu, dilakukan simulasi untuk mengetahui kekuatan struktural dari material bilah turbin angin. Material yang diterapkan pada bilah adalah komposit serat sisal-epoxy jenis unidirectional dengan ketebalan laminasi 2 mm. Penyusunan laminasi komposit dilakukan dengan variasi sudut orientasi komposit sebesar [±35o]2, [±35o]2s, [±45o]2s, [±45o]2, [±55o]2s,[±55o]2, [0o/90o]s, dan [0o/90o]2s. Proses perancangan geometri bilah dilakukan dengan menggunakan software Qblade v0.963 dan Solidworks, kemudian perancangan dan simulasi kekuatan dari struktur material dilakukan dengan menggunakan software Ansys 2020 R2. Penelitian dilakukan dengan mengilustrasikan kondisi kecepatan angin maksimal yang terjadi di Lentera Bumi Nusantara, yaitu sebesar 17 m/s. Hasil penelitian ini diperoleh bilah taper hasil rancangan memiliki performa yang baik dengan nilai torsi optimal sebesar 13,7 Nm pada saat kecepatan putar 430 rpm, memiliki daya ouput optimal sebesar 656,6 watt pada saat kecepatan putar 473 rpm, dan mampu menghasilkan efisiensi maksimum sebsar 47% pada saat TSR 5,5. Kemudian, material bilah turbin angin dengan menggunakan sisal-epoksi didapatkan bahwa variasi sudut orientasi terbaik adalah sudut [±35]2s. Hal ini dibuktikan dengan nilai dari deformasi yang terjadi pada orientasi sudut [±35]2s merupakan nilai deformasi yang paling kecil jika dibandingkan dengan orientasi sudut lainnya. Disamping itu, nilai dari safety factor terbaik didapatkan pada orientasi sudut ini dengan nilai minimum safety factor adalah 1,27. Namun, nilai dari tegangan von-Mises yang terjadi pada orientasi sudut ini memiliki tegangan von Mises terendah ke-2 dari seluruh variasi orientasi sudut lainnya. Meskipun demikian, sudut ini memiliki karakterisasi komposit yang terbaik dalam pembebanan yang terjadi pada bilah. Berdasarkan hasil tersebut, sudut [±35]2s juga layak untuk diimplementasikan dikarenakan nilai safety factor yang berada diatas rentang batas aman bilah turbin angin.
==================================================================================================================================
New and Renewable Energy (NRE) is an alternative energy that has been widely used in various parts of the world. One example of NRE is wind energy. The utilization of wind energy in Indonesia can still be said to be very lacking and not optimal. This is evidenced by Indonesia which has the potential to utilize wind energy with a total power of 9290 MW, but until 2020 Indonesia is only able to utilize the potential of wind energy with a total power of 135 MW or only 1%. Wind turbines are one solution to the above problems. In the design of wind turbine blades, of course, several main aspects are needed, namely the efficiency and structural strength of the material. In this research, the design of the micro-scale wind turbine blade geometry with a taper type is carried out. Then, a simulation is carried out to determine the structural strength of the wind turbine blade material. The material applied to the blade is a unidirectional sisal-epoxy fiber composite with a laminate thickness of 2 mm. The composite laminate was arranged with variations in the orientation angle of the composites of [±35o]2, [±35o]2s, [±45o]2s, [±45o]2,[±55o]2s, [±55o]2, [0o/90o]s, and [0o/90o]2s. The blade geometry design process is carried out using the Qblade v0.963 software and Solidworks, then the design and simulation of the strength of the material structure is carried out using the Ansys 2020 R2 software. The study was conducted by illustrating the condition of the maximum wind speed that occurs in Lentera Bumi Nusantara, which is 17 m/s. The results of this study obtained that the designed taper blade has a good performance with an optimal torque value of 13.7 Nm at a rotational speed of 430 rpm, has an optimal output power of 656.6 watts at a rotational speed of 473 rpm, and is able to produce a maximum efficiency of 47% at the time of TSR 5.5. Then, the wind turbine blade material using sisal-epoxy found that the best orientation angle variation is the angle of [±35]2s. This is evidenced by the value of the deformation that occurs at the angle orientation [±35]2s which is the smallest deformation value when compared to other angle orientations. In addition, the value of the best safety factor is obtained at this angle orientation with a minimum safety factor value of 1.27. However, the value of the von-Mises stress that occurs at this angle orientation has the 2nd lowest von Mises stress of all other angle orientation variations. However, this angle has the best composite characterization in the loading that occurs in the blade. Based on these results, the angle of [±35]2s is also feasible to implement because the safety factor value is above the safe limit range of the wind turbine blades.

Item Type:	Thesis (Other)
Additional Information:	RSM 621.406 Nas p-1 2022
Uncontrolled Keywords:	turbin angin skala mikro, komposit sisal-epoksi, perancangan bilah turbin angin, micro-scale wind turbine, sisal-epoxy composite, wind turbine blade design
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ828 Wind turbines
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Mr. Marsudiyana -
Date Deposited:	24 Feb 2025 05:51
Last Modified:	24 Feb 2025 05:51
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118850

Actions (login required)

View Item